CN108504124A - 一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其原料按重量份数包括PVC70‑80份、改性木粉100‑120份、活化粉煤灰25‑35份、活化煤渣5‑8份、废石膏10‑12份、内润滑剂1.2‑1.5份、外润滑剂0.8‑1.2份、增塑剂20‑25份、稳定剂2‑4份。本发明通过将木粉进行改性处理、将粉煤灰及煤渣进行活化处理后，与其他辅料进行混合，能够增加原料之间的相容性，可以增强木塑地板材料的力学性能，进而增加了使用该木塑地板材料制备得到的地板的使用寿命。极大程度上降低了木塑地板原料的制造成本，同时还解决了工业固废污染环境的问题。

Description

一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体的是涉及一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，以及其制备方法。
背景技术
高炉渣，是由于高炉炼铁过程中，非挥发组分形成的固体废物；粉煤灰是由于燃煤发电厂中煤燃烧而产生的副产品；煤渣，是由于火力发电而产生的副产物，在水泥的制造、耐火材料上发挥一定作用；废石膏，是以硫酸钙为主要成分的一种工业废渣。现有技术中很少有工业固废再次合理有效地被利用的相关报道，这些工业固废的堆积不仅污染环境，还极大程度上造成资源浪费和经济损失。
木塑地板是用木塑复合材料制成的地板，拥有和木材一样的加工特性，使用普通的工具即可锯切、钻孔、上钉，非常方便，可以像普通木材一样使用。同时具有木材的木质感和塑料的耐水防腐特性，使得它成为一种性能优良并十分耐用的室外防水防腐建材。而目前，较少用工业固废制备木塑地板原料，通过使用工业固废制备木塑地板原料，不仅可以降低生产成本，还能较好的提高木塑地板原料的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用工业固废制备高强度、阻燃型的木塑地板原材料。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其原料按重量份数包括
PVC70-80份、改性木粉100-120份、活化粉煤灰25-35份、活化煤渣5-8份、废石膏10-12份、内润滑剂1.2-1.5份、外润滑剂0.8-1.2份、增塑剂20-25份、稳定剂2-4份。
更进一步的，木塑地板原材料通过如下方法制备：按重量份数称取活化煤渣、废石膏、内润滑剂、外润滑剂、稳定剂，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为80-100℃，进行混合4-8min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂、PVC、改性木粉、活化粉煤灰，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80-100℃，与得到的上述混合料进行混合13-17min后，加入到第一挤出机中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
更进一步的，第一挤出机为双螺杆挤出机；双螺杆挤出机的机筒温度为：一区温度为120-140℃、二区温度为165-175℃、三区温度为180-185℃；模头一的温度为165-170℃、模头二的温度为170-173℃、模头三的温度为172-175℃、模头四的温度为175-180℃；主机转速为8-12rpm，喂料速度为120-140rpm。
更进一步的，改性木粉的改性处理如下：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:6-8:3-5:5-7称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80-100℃，进行混合3-8min后，加入到第二挤出机中进行改性处理，得到改性木粉。
更进一步的，第二挤出机为双螺杆挤出机；双螺杆挤出机的机筒温度为：一区温度为80-100℃、二区温度为100-120℃、三区温度为110-130℃；主机转速为8-12rpm，喂料速度为115-130rpm。
更进一步的，活化粉煤灰的活化处理如下：将粉煤灰在110-130℃烘箱中烘干至恒重，放入750-820℃马沸炉中煅烧7-9h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
更进一步的，活化煤渣的活化处理如下：将煤渣在115-125℃烘箱中烘干至恒重，放入780-850℃马沸炉煅烧7.5-9.5h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
优选的，内润滑剂为硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、蓖麻油酸酞胺、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸、硬脂酸丁酯、羟基硬脂酸、液体石油中的一种或几种。
优选的，外润滑剂为氧化聚乙烯蜡、羟基硬脂酸、硬脂酸丁酯、单硬脂酸甘油酯、硬脂醇中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明通过将木粉进行改性处理、将粉煤灰及煤渣进行活化处理后，与其他辅料进行混合，能够增加原料之间的相容性，可以增强木塑地板材料的力学性能，尤其具有较高的耐磨性(本发明制备的木塑地板材料制备的木塑地板的磨耗值在65mg以下，而市售的木塑地板的磨耗值在160mg左右)及较低的尺寸变化率(本发明制备的木塑地板材料制备的木塑地板的尺寸变化率在0.22％以下，而市售的木塑地板的尺寸变化率在2％左右)，进而增加了使用该木塑地板材料制备得到的地板的使用寿命。
2、本发明中的原料通过加入工业固废颗粒(如活化后的粉煤灰及煤渣)，增加了木塑地板原料的阻燃性(本发明中的木塑地板原材料制备的模板的燃烧性能等级为A2或B1，即为不燃材料(制品)或难燃材料(制品)，增加了木塑地板的安全性。
3、本发明中使用工业固废作为原料，极大程度上降低了木塑地板原料的制造成本，同时还解决了工业固废污染环境的问题。本发明中制备工艺简单，可进行大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本实施例中使用双螺杆挤出机(即第一挤出机)进行木塑地板原材料的连续挤出造粒。其中，从进料口到出料口这段螺杆分为三个区域，分别是一区输送段、二区熔融段和三区熔炼段。一区输送段的温度不宜太高，温度太高会影响物料在此段的输送和受到的剪切作用；温度太低，螺杆受力过大或容易卡死。一区输送段的温度一般略接近二区熔融段的温度。二区熔融段的温度太低，树脂半融，到后段包覆性差；温度太高，树脂流动提高，温炼与剪切作用变小，甚至出现高温降解。三区熔炼段，物料在此段细化分散，形成理想的尺寸和结构。根据本发明使用的原材料，本实施例中使用的双螺杆挤出机(即第一挤出机)一区输送段温度为120-140℃、二区熔融段温度为165-175℃、三区熔炼段温度为180-185℃。
模头是安装在挤出机/造粒机末端的有孔部件，它使挤出物形成规定的横截面形状。模头连接件是位于模头和料筒之间的那部分，即：安装在料筒末端的整个组合装置称为模头或机头。
本发明挤出造粒步骤包括依次经过的第一造粒步骤、第二造粒步骤、第三造粒步骤和第四造粒步骤，即：挤出造粒时原料依次通过模头一、模头二、模头三、模头四进行挤出造粒，由于不同模头的出料口直径不同，经过四个模头使木塑地板原材料的粒径逐步达到设定范围，以得到设定规格的木塑地板原材料。本发明通过使用具有多个模头的双螺杆挤出机进行挤出造粒，一体形成具有多层的粒子，生产工艺更简单、省时。其中，不同模头设置不同温度，其中，双螺杆挤出机(即第一挤出机)的模头一的温度为165-170℃、模头二的温度为170-173℃、模头三的温度为172-175℃、模头四的温度为175-180℃。
本实施例中使用双螺杆挤出机(即第一挤出机)进行挤出造粒时，主机转速控制在8-12rpm，喂料速度控制在120-140rpm。
本实施例中使用双螺杆挤出机(即第二挤出机)对木粉进行改性处理，其中，从进料口到出料口这段螺杆分为三个区域，分别是一区输送段、二区熔融段和三区熔炼段。一区输送段的温度不宜太高，温度太高会影响物料在此段的输送和受到的剪切作用；温度太低，螺杆受力过大或容易卡死。一区输送段的温度一般略接近二区熔融段的温度。二区熔融段的温度太低，树脂半融，到后段包覆性差；温度太高，树脂流动提高，温炼与剪切作用变小，甚至出现高温降解。三区熔炼段，物料在此段细化分散，形成理想的尺寸和结构。根据本发明使用的原材料，本实施例中使用的双螺杆挤出机(即第二挤出机)一区输送段温度为80-100℃、二区熔融段温度为100-120℃、三区熔炼段温度为110-130℃。
本实施例中使用双螺杆挤出机(即第二挤出机)对木粉进行改性处理时，主机转速为8-12rpm，喂料速度为115-130rpm。
实施例1
一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，通过如下方法制备：
(1)木粉的改性处理：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:6:5:7称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80℃，进行混合8min后，加入到双螺杆挤出机(即第二挤出机)中进行改性处理，得到改性木粉。
其中，双螺杆挤出机(即第二挤出机)的机筒温度为：一区温度为100℃、二区温度为120℃、三区温度为130℃；主机转速为8rpm，喂料速度为115rpm。
(2)粉煤灰的活化处理：将粉煤灰在130℃烘箱中烘干至恒重，放入750℃马沸炉中煅烧9h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
(3)煤渣的活化处理：将煤渣在115℃烘箱中烘干至恒重，放入850℃马沸炉中煅烧7.5h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
(4)木塑地板原材料的制备：按重量份数称取活化煤渣5份、废石膏10份、内润滑剂1.5份、外润滑剂0.8份、稳定剂2份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为100℃，混合4min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂20份、PVC80份、改性木粉120份、活化粉煤灰25份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80℃，与得到的上述混合料进行混合，混合17min后，加入到双螺杆挤出机(即第一挤出机)中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
其中，双螺杆挤出机(即第一挤出机)的机筒温度为：一区温度为140℃、二区温度为175℃、三区温度为185℃；模头一的温度为170℃、模头二的温度为173℃、模头三的温度为175℃、模头四的温度为180℃；主机转速为8rpm，喂料速度为120rpm。
实施例2
一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，通过如下方法制备：
(1)木粉的改性处理：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:8:3:5称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为100℃，进行混合3min后，加入到双螺杆挤出机(即第二挤出机)中进行改性处理，得到改性木粉。
其中，双螺杆挤出机(即第二挤出机)的机筒温度为：一区温度为80℃、二区温度为100℃、三区温度为110℃；主机转速为12rpm，喂料速度为130rpm。
(2)粉煤灰的活化处理：将粉煤灰在110℃烘箱中烘干至恒重，放入820℃马沸炉中煅烧7h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
(3)煤渣的活化处理：将煤渣在125℃烘箱中烘干至恒重，放入780℃马沸炉中煅烧9.5h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
(4)木塑地板原材料的制备：按重量份数称取活化煤渣8份、废石膏12份、内润滑剂1.2份、外润滑剂1.2份、稳定剂4份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为80℃，混合8min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂25份、PVC70份、改性木粉100份、活化粉煤灰35份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为100℃，与得到的上述混合料进行混合，混合13min后，加入到双螺杆挤出机(即第一挤出机)中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
其中，双螺杆挤出机(即第一挤出机)的机筒温度为：一区温度为120℃、二区温度为165℃、三区温度为180℃；模头一的温度为165℃、模头二的温度为170℃、模头三的温度为172℃、模头四的温度为175℃；主机转速为12rpm，喂料速度为1140rpm。
实施例3
一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，通过如下方法制备：
(1)木粉的改性处理：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:7:5:6称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为90℃，进行混合3min后，加入到双螺杆挤出机(即第二挤出机)中进行改性处理，得到改性木粉。
其中，双螺杆挤出机(即第二挤出机)的机筒温度为：一区温度为90℃、二区温度为110℃、三区温度为116℃；主机转速为11rpm，喂料速度为120rpm。
(2)粉煤灰的活化处理：将粉煤灰在120℃烘箱中烘干至恒重，放入800℃马沸炉中煅烧8h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
(3)煤渣的活化处理：将煤渣在120℃烘箱中烘干至恒重，放入820℃马沸炉煅烧8h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
(4)木塑地板原材料的制备：按重量份数称取活化煤渣7份、废石膏11份、内润滑剂1.3份、外润滑剂1.0份、稳定剂3份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为90℃，混合5min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂22份、PVC75份、改性木粉115份、活化粉煤灰30份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为94℃，与得到的上述混合料进行混合，混合16min后，加入到双螺杆挤出机(即第一挤出机)中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
其中，双螺杆挤出机(即第一挤出机)的机筒温度为：一区温度为130℃、二区温度为168℃、三区温度为182℃；模头一的温度为167℃、模头二的温度为173℃、模头三的温度为173℃、模头四的温度为179℃；主机转速为10rpm，喂料速度为127rpm。
实施例4
一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，通过如下方法制备：
(1)木粉的改性处理：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:6:4:6称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为86℃，进行混合5min后，加入到双螺杆挤出机(即第二挤出机)中进行改性处理，得到改性木粉。
其中，双螺杆挤出机(即第二挤出机)的机筒温度为：一区温度为95℃、二区温度为117℃、三区温度为124℃；主机转速为9rpm，喂料速度为125rpm。
(2)粉煤灰的活化处理：将粉煤灰在118℃烘箱中烘干至恒重，放入780℃马沸炉中煅烧8h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
(3)煤渣的活化处理：将煤渣在122℃烘箱中烘干至恒重，放入800℃马沸炉煅烧8.2h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
(4)木塑地板原材料的制备：按重量份数称取活化煤渣6份、废石膏10份、内润滑剂1.4份、外润滑剂1.1份、稳定剂3份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为95℃，混合7min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂24份、PVC73份、改性木粉108份、活化粉煤灰30份，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为88℃，与得到的上述混合料进行混合，混合15min后，加入到双螺杆挤出机(即第一挤出机)中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
其中，双螺杆挤出机(即第一挤出机)的机筒温度为：一区温度为136℃、二区温度为170℃、三区温度为184℃；模头一的温度为168℃、模头二的温度为172℃、模头三的温度为174℃、模头四的温度为177℃；主机转速为9rpm，喂料速度为135rpm。
将通过实施例1-4制备得到的木塑地板原材料分别做性能测试，得到如下测试结果。
1、耐磨耗性能测试
将通过实施例1-4制备得到的木塑地板原材料进行耐磨耗测试。根据国家标准GB/T5036.1～15036.2-2001实木地板中的GB/T 15036.2-2001的要求和规定制取试件：将试件油漆面向上安装在磨耗试验机上，并将研磨轮安装在支架上，在每个接触受力4.9N±0.2N条件下磨耗100r，使用BN706型漆膜耐磨耗仪进行测试，测试结果如下表所示。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
磨耗值/mg 58 56 62 65
由上表可知，本发明实施例1-4制备得到的木塑地板原材料再制备成木塑地板在磨耗方面均优于市售的木塑地板，市售的木塑地板的磨耗值在160mg左右，说明通过本发明的方法及配料制备的木塑地板原材料，具有优异的耐老化性，长时间使用不易变形，且强度较高。2、尺寸变化率测试
将实施例1-4制备得到的木塑地板原材料制备成模板分别进行尺寸变化率检测。将待测模板浸泡在水中48h，测量其边长的形变率。得到的测试结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
尺寸变化率 0.22％ 0.16％ 0.20％ 0.10％
由上表可知，本发明实施例1-4制备得到的木塑地板原材料制备的模板尺寸变化率小于市售木塑地板的尺寸变化率，市售的木塑地板的尺寸变化率在2％左右，说明通过本发明的方法及配料制备的木塑地板原材料防水防潮性能优异。
3、燃烧性能等级测试
将通过实施例1-4制备得到的木塑地板原材料制备的模板按照GB8624-2012建筑材料及制品燃烧性能等级的检测标准进行测试，其测试结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
燃烧性能等级 A2 B1 B1 A2
由上表可知，本发明中的木塑地板原材料制备的模板具有优良的阻燃性能，其中，燃烧性能等级A2为不燃材料(制品)，B1为难燃材料(制品)。本发明中的原料通过加入工业固废颗粒(如活化后的粉煤灰及煤渣)，增加了木塑地板原料的阻燃性，增加木塑地板的安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，其原料按重量份数包括PVC70-80份、改性木粉100-120份、活化粉煤灰25-35份、活化煤渣5-8份、废石膏10-12份、内润滑剂1.2-1.5份、外润滑剂0.8-1.2份、增塑剂20-25份、稳定剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，通过如下方法制备：按重量份数称取活化煤渣、废石膏、内润滑剂、外润滑剂、稳定剂，加入到高速混合机中，控制高速混合机的混合温度为80-100℃，进行混合4-8min后，得到混合料；然后按重量份数称取增塑剂、PVC、改性木粉、活化粉煤灰，加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80-100℃，与得到的上述混合料进行混合13-17min后，加入到第一挤出机中挤出造粒，即得到木塑地板原材料。
3.根据权利要求2所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述第一挤出机为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机的机筒温度为：一区温度为120-140℃、二区温度为165-175℃、三区温度为180-185℃；模头一的温度为165-170℃、模头二的温度为170-173℃、模头三的温度为172-175℃、模头四的温度为175-180℃；主机转速为8-12rpm，喂料速度为120-140rpm。
4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述改性木粉的改性处理如下：将烘干的木粉、MDI、醋酸纤维素、硝化纤维按质量比100:6-8:3-5:5-7称取后加入到高速混合机中，控制高速混合机的温度为80-100℃，进行混合3-8min后，加入到第二挤出机中进行改性处理，得到改性木粉。
5.根据权利要求4所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述第二挤出机为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机的机筒温度为：一区温度为80-100℃、二区温度为100-120℃、三区温度为110-130℃；主机转速为8-12rpm，喂料速度为115-130rpm。
6.根据权利要求5所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述活化粉煤灰的活化处理如下：将粉煤灰在110-130℃烘箱中烘干至恒重，放入750-820℃马沸炉中煅烧7-9h后，按质量比为100:1取粉煤灰与钛酸酯偶联剂进行研磨，研磨粒径至60-80目，得到活化粉煤灰。
7.根据权利要求6所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述活化煤渣的活化处理如下：将煤渣在115-125℃烘箱中烘干至恒重，放入780-850℃马沸炉煅烧7.5-9.5h后，研磨粒径至80-100目，得到活化煤渣。
8.根据权利要求5-7任一项权利要求所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述内润滑剂为硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、蓖麻油酸酞胺、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸、硬脂酸丁酯、羟基硬脂酸、液体石油中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的利用工业固废制备高强度阻燃型的木塑地板原材料，其特征在于，所述外润滑剂为氧化聚乙烯蜡、羟基硬脂酸、硬脂酸丁酯、单硬脂酸甘油酯、硬脂醇中的一种或几种。
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